火石咀煤矿井下水泵房集中控制系统的应用

许光辉 李银河 和建荣 贾军锋 刘正伟 李 飞（陕西火石咀煤矿有限责任公司，陕西 咸阳 713500）

火石咀煤矿井下水泵房集中控制系统的应用

许光辉 李银河 和建荣 贾军锋 刘正伟 李 飞
（陕西火石咀煤矿有限责任公司，陕西 咸阳 713500）

摘 要：本文阐述了煤矿中央水泵房集中控制系统的功能、基本要求、设备及组成。该系统由工业计算机、组态软件、触摸屏、各种检测传感器组成。实现了矿井排水系统的智能化、自动化、网络化控制。使泵房实现了地面远程监控，大大减少了泵房操作人员数量，同时提高了该系统的安全性和可靠性。本文重点讨论了中央水泵房的自动控制设计过程、通信、模拟仿真等问题。

关键词：基本参数；系统组成；系统功能

1　概述

火石咀煤矿井下水泵房集控系统运用PLC控制技术，实现井下中央排水泵房的运行监测、智能控制、远程监控、运行管理等功能，达到泵房安全高效运行和无人值守的目的。

井下水泵房自动化集控系统通过监测水仓液位、水泵累计运行时间，控制水泵轮流工作，合理调度水泵的运行。同时通过煤矿井下工业以太环网，将水泵的工作运行状态实时反映在地面控制中心上位机上，地面上位机可以对井下水泵进行远程控制与监测。在地面上位机上，可实时显示水仓水位、运行水泵主管路压力、流量、温度等实时参数，还可以监测水泵、真空泵的开停状态，在地面上对水泵电机、泵、闸阀等进行启停控制。系统采用就地及远程控制相结合的控制方式控制，有自动、手动、半自动几种操作模式，实现了无人值守。

2　排水泵房基本参数

2.1 23#泵房基本参数

（1）7台多级离心泵，规格型号：MD500-57*10；

（2）7台隔爆型三相异步电动机，电机型号：4级 1250km 6000V；

（3）配套7台高压真空开关柜；

（4）矿井水仓深度 6m 2个；

（5）7台电动闸阀已配置闸阀控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

2.2 25#泵房基本参数

（1）11台多级离心泵，规格型号：MD500-57*10；

（2）11台隔爆型三相异步电动机，电机型号：4级 1250km 6000V；

（3）配套11台高压真空开关柜；

（4）矿井水仓深度6m 3个；

（5）11台电动闸阀已配置闸阀控制箱；

（6）抽真空方式：射流泵或真空泵抽真空方式。

3　系统组成

排水泵房自动化控制系统包括地面控制中心和泵房集控系统两部分。系统装置主要包括：控制柜、配电柜、就地操作按钮箱、超声波液位计、超声波流量计，温度传感器等。

3.1 地面控制中心

地面监控中心配置两台上位机，一台主机在机电科值班室，另一台在矿调度室可实现不同权限的监控。地面主机与井下可编程控制箱通过工业以太网通讯，进行信息交换。实现上位机动态画面监视。上位机负责采集、存储、查询和统计分析泵房系统运行数据、曲线、事件信息、操作记录、故障报警，远程监视设备运行情况，远程操作控制泵房排水设备的运行和试验。上位机可以通过矿井网络系统将信息传送到全矿综合自动化平台，全矿综合自动化平台对有关信息进行分析后在WEB网页上发布，实现信息的共享。

3.2 泵房集控系统

排水泵房集控系统通过通信方式采集水泵电机高压启动柜电流、电压信息显示、水仓水位数据显示及其他数据信息显示。控制排水水泵、电动闸阀、真

图1 系统工况图

图2 信息图

[6]李珂.基于嵌入式的温室大棚温度控制[D]. 沈阳工业大学，2013.空泵以及其他设备开停。自动程序操作控制，集中程序操作控制，运行状态和数据显示，排水泵房业务管理。通过矿井井下环网将信息传到地面监控中心的上位机。

4　系统功能

4.1 系统数据的采集与检测

（1）模拟量数据检测：水泵真空度、水仓水位、主排水管流量、主排水管压力、电动闸阀的开度电机前后轴的温度信号。

（2）数字量数据检测：电动闸阀的工作状态与开关限位、电动球阀状态工作状态与开关限位、水泵/电机运行状态、真空泵工作状态、水泵电机高压启动柜分合闸状态；运行的电流，电压数据。

（3）准确显示水仓水位，并在高、低限位有报警。

4.2 系统保护功能

（1）压力异常保护：排水主管路、吸水真空度压力出现异常时实现报警，排水压力、吸水真空度达不到设定值自动停泵保护功能。

（2）流量保护：当水泵启动后或正常运行时，如流量达不到正常值实现报警，超过设定时限后自动停泵，具有流量保护功能。

（3）电动闸阀故障：由闸阀的限位、开度电位计、电动闸阀断路器的辅助接点检测故障，并参与水泵的联锁控制。

（4）水位超限及水位传感器故障报警：设置报警水位，水位超过最高报警水位或最低报警水位，系统报警。在每处水位采集点设置两种不同原理的水位传感器，通过检测两传感器的差别判断传感器故障并报警。

（5）水位突变报警：水位增长速度超过正常水位增长速度，系统报警。

（6）排水量异常报警：泵房排水流量与矿井涌水量差值小于水位应下降速度，系统报警。

（7）温度常报警：在电机预装温度传感器（PT100），监测电机的温度。当超过设定值时，系统能停泵并报警。

4.3 系统控制功能

水泵集中控制系统的控制模式有：自动控制、半自动控制、手动控制、远程控制。

（1）自动控制：根据水位等参数，PLC按照设定参数，自动选择运行水泵，并按照控制流程，完成单台或多台水泵的开停。

（2）半自动控制：根据一台水泵的启停控制流程，控制水泵的启动与停止，实现一键启/停。

（3）手动控制：选择手动档，用每台水泵的就地按钮控制箱实现手动控制。

（4）远程控制：在地面计算机监控画面上，在授权权限允许的条件下，根据水仓水位情况，通过计算机来控制相应水泵的启停。

4.4 动态显示

系统能够将通过图形动态显示水泵、电动球阀和电动闸阀的运行状态，并能进行事故的报警，直观地显示电动球阀和电动闸阀的开闭位置，实时显示水泵抽真空情况和出水口压力值。

用实时趋势图方式和数字形式准确实时地显示水仓水位，并在启停水泵的水位段发出预告信号和低段、超低段、高段、超高段水位分段报警。

采用图形、趋势图和数字形式直观地显示排水管路的压力和瞬时流量，水泵电机的电参数，通过水泵温度传感器显示水泵前后轴温度、电机温度等动态值，超限报警，自动记录故障类型、时间等历史数据。

4.5 编程及监控软件

STEP7编程软件是一个用于SIMATIC可编程逻辑控制器的组态和编程的标准软件包。STEP7 标准软件包中提供一系列的应用工具，如：SIMATIC 管理器、符号编辑器、硬件诊断、编程语言、硬件组态、网络组态等。STEP7 编程软件可以对硬件和网络实现组态，具有简单、直观、便于修改等特点。该软件提供了在线和离线编程的功能，可以对PLC在线上载或下载。利用STEP7 可以方便地创建一个自动化解决方案。

所有监控程序能够实现在地面完成修改，无需现场修改。即可以在控制室对井下控制装置内PLC所有程序进行下载和写入。

监控软件能够在标准画面和用户组态画面上设定、汇集和显示有关的运行信息，供运行人员对设备的运行工况进行监视和控制。采用组态软件、模块化设计。能够监视或控制本工艺点的生产过程画面及生产实时数据。具有报警处理功能，在任何时间和任何显示工作站均应能在画面顶部或底部显示出总的报警信息。

具有安全登录和密码保护功能。如图1和图2所示。

结语

该系统应用在煤矿井下中央泵房，不仅能提高排水效率、减少操作人员的工作量，同时大大提高了泵房操作的安全性，减少了设备维护的时间和成本，中央水泵房集中控制系统自动化，实现了无人值守，提高排水系统的安全性和可靠性。

参考文献

[1]汪理全.煤矿矿井设计[J].煤矿机电，2008（07）.

[2]郭勇义.煤矿安全生产监控系统集成关键技术及应用[J].煤矿机电，2012（07）.

[3]王云花.基于PLC的矿井中央水泵房自动控制排水系统[J].煤矿机电，2010 （07） .

[4]陈远立.电气控制与可编程控制器[J].广州： 华南理工大学出版社，2004.

中图分类号：TD44

文献标识码：A

作者简介：许光辉（1973-），河北省邢台市内丘县人，辽宁工程大学采矿专业，火石咀煤矿从事管理工作。